某电源电站检修排水系统优化设计

周世杰，张宝松，杨 棣

（1.中国长江电力股份有限公司乌东德水力发电厂，云南 昆明651512；2.中国长江电力股份有限公司三峡水力发电厂，湖北 宜昌443000）

0 引言

某电源电站在该水力发电厂中担负着黑启动功能，其排水系统铺设管网较为紧凑复杂，基于土方开挖技术及成本考虑导致其检修集水井容量受限，因此电站检修排水系统的正常稳定运行对维持保障电站正常运行有着至关重要的意义。检修排水系统主要用于在机组岁修期间，排除蜗壳、尾水管、压力钢管中的积水以及上、下游闸门的漏水。检修排水泵房设置在X2F发电机▽48.0m，设置2台深井泵和1台潜污泵，两台深井泵出口管径Φ250mm，并通过Φ478mm管道排放到机组尾水管扩散段内。机组在检修时可通过扩散段尾水盘型阀将水引排至▽35.8m排水廊道再汇集流入检修集水井。

1 设备布置情况及参数

1.1 设备盘柜布置情况

检修排水控制系统控制盘柜采用2地分别布置方式。其中考虑到▽48.0m检修排水泵房内较为潮湿且空间狭小，不利于控制盘柜的安装与保养，因此仅在检修排水泵房布置了现地控制箱，现地控制箱具有检修排水水泵启停控制、水位显示、运行指示、泵电流指示等功能；而在相对宽敞干燥的▽55.0m空压机房布置盘柜（一面控制柜、两面动力柜），在控制柜上可实现检修排水系统自动/手动/切除3种控制状态切换。

图1 电源电站检修排水系统管网布置图

1.2 检修集水井及深井泵

电源电站检修集水井设置在电源电站主厂房正下方的检修排水泵房处，集水井底部高程为▽35.8m，集水井平面尺寸为4.5m×3.0m，总容量为135m3，集水井井盖采用全密封井盖，可承受0.2MPa压力，并设置一根DN50补气管。检修排水泵房内设置了2台深井泵和1台潜污泵，其具体参数如表1～3所示。

图2 检修排水系统设备布置图

表1 检修排水泵控制水位

表2 检修排水泵深井泵水力性能参数

表3 检修排水泵深井泵电气参数

检修集水井泵房内另外设置1套深井潜污泵，用于抽排检修集水井内堆积的淤泥等杂质，潜污泵由现地手动启停控制，不参与检修排水系统自动控制流程。

2 原检修排水泵运行方式

因电源电站机组检修排水量大，而检修集水井有效容量相对较小，为保障机组检修过程中排水泵动作稳定、可靠，检修排水系统采用可编程逻辑控制器对检修排水泵启停实现自动控制，通过装设在控制柜内的模拟量模块对排水泵运行状态、示流器信号、集水井水位进行实时采集与监视，并配置了水位计和浮子接点采集集水井水位用于控制检修排水泵启停动作。正常情况下，2台检修排水泵轮换工作，主要用于机组检修时排水。

在PLC故障后，远方中控室以及现地手动方式都将失去对检修排水泵的控制，此时需将润滑水手动旁通阀开启后，由软启动器面板上手动按钮（HANDON/OFF）投入/退出检修排水泵，排水期间需要运维人员密切监视集水井水位，这无疑增大了工作人员的工作强度，亦不符合“无人值班，少人值守”管理理念；在机组检修排水期间，到达停泵水位后2台检修排水泵同时停运，由于集水井容量较小，而短时间内水泵再次运行需等待3min润滑水投入延时，这无疑加大了特殊情况下水淹厂房的风险性；同时运维人员控制盘柜进行自动/手动控制方式之间切换时，每次变更检修排水系统控制方式都将触发排水泵停泵动作，这不但不利于排水效率，也加大了操作风险性。

3 优化设计思路

（1）增加深井泵启动控制、深井泵停止控制两路DI接点送至监控LCU，以实现远方中控直接下达启停检修排水泵命令，避免在水位计、浮子故障时远方无法进行启停泵操作。

（2）优化深井泵启动命令流程，取消原逻辑中“润滑水电动阀开启令”，采用“示流器动作”作为启泵前判断逻辑，并设置停泵后0.5h延迟停润滑水，以确保在润滑水电磁阀故障条件下采用旁通管路供水仍能正常实现启泵流程，同时通过润滑水延迟0.5h关闭，提升短时间内重复启泵的便捷性。

（3）优化盘柜检修排水系统运行方式控制把手控制逻辑，实现控制把手在“自动”与“手动”状态下的无扰动切换功能。同时优化自动方式下主备检修排水泵停泵逻辑，自动方式下，水位下降时，先停备用泵，再停主用泵；水位上升时，先启主用泵，再启备用泵。

（4）优化检修排水系统控制回路架构。实现对检修排水系统启动/停止排水泵信号故障能够自动判断，PLC故障后闭锁其对排水泵自动控制信号输出功能，以防造成事故进一步扩大，同时上送监控系统提醒运维人员立即采取应急处置程序；确保监控PLC控制令、PLC自动控制、现地手动控制、硬接线回路除必要安全逻辑外相互独立，提高检修排水系统工作可靠性。

4 控制逻辑优化设计功能

4.1 远方上位机“启/停检修排水泵”功能设计

（1）设计考虑：电源电站检修排水系统设置了两路水位传感器，水位传感器根据水位变化输出4～20mA电流值。其中一路送入PLC AI模块，PLC程序根据输入模拟量转化成对应水位值并与定值进行比对，从而实现对深井泵自动启停控制；另外一路送入CSCS（远方上位机），用于中控室电站监控系统对水位的实时监测（图3）。考虑到当1号水位传感器等PLC部分功能故障导致无法开出启泵令时，可在中控室CSCS监控系统上发出PLC控制令，为故障处理争取更多时间。

图3 模拟量水位传感器

（2）功能设计：根据上述所构思的功能，在自动控制回路增置了“CSCS_start_1号”远方启动1号检修排水泵令，当满足“1KK_auto”1号泵自动位、“fault_YES_1号”1号泵启动总故障无开出以及“T21.Q”定时继电器开出后，将作用“start_1号”1号泵启泵置位“1”。

图4 检修排水1号泵自动方式启动控制程序

图5 优化后中控室远方启动检修排水1号泵流程

4.2 检修排水盘柜“自动/手动/检修方式切换”功能设计

（1）设计考虑：原现地盘柜上检修排水运行控制方式把手在“自动”、“手动”和“检修”方式之间切换时将触发运行状态检修排水泵停泵置位令，现取消运行方式控制把手置“自动”“手动”时停泵置位令，以实现对检修排水系统自动/手动控制的无扰动切换

（2）功能设计：删除P_TRIG控制器对控制把手置“1KK_auto”1号泵自动位以及置“1KK_manual”1号泵手动位的前沿监测回路，如图6中方框所示。P_TRIG控制器的功能是当监测到控制把手置位开出阶跃信号后，即前端输入变量置“1”从而致使输出信号置“1”进而触发“stop_1号”1号泵运行复位令。

图6 控制盘柜切换把手程序修改

4.3 检修排水系统“润滑水投/退”功能设计

（1）设计考虑：在程序方面取消原有的“润滑水电磁阀启动命令”作为条件判断示流器工作正常，使用“示流器反馈信号”作为润滑水投入记时开始的标志，并取消原控制程序中润滑水关闭失败报故障逻辑，同时引入停泵后计时30min再关闭润滑水，通过对排水泵自动启停环节中润滑水判据的修改，从而提升检修排水泵工作可靠性，避免在特殊情况下因润滑水问题导致排水泵无法响应或响应不及时的问题。

（2）功能设计：如图7所示，在润滑水控制逻辑中删除“1号泵润滑水电磁阀”Q0.2，当出现润滑水电磁阀拒动故障情况，可手动开启润滑水旁通阀确保启动流程下的示流器元件动作开出信号正常；同时删除“润滑水关闭失败报故障”流程（图8）；水泵停止后润滑水投入时间定值数据在检修排水泵现地控制盘柜上HMI参数画面设定，当设定值处于1～60min区间内，按设定值延时关闭润滑水，如果设定值在1～60min区间外，则按30min定值延时关闭润滑水，如图9所示。

图7 优化后润滑水控制逻辑

图8 润滑水关闭失败报故障

图9 检修排水泵停运延迟0.5h关润滑水

4.4 检修排水系统控制回路优化设计

（1）设计考虑：检修排水系统共配置了3套水位控制信号，2套水位模拟量信号，以及1套浮子接点开关量信号，其中浮子信号可通过硬接线回路控制排水泵启停工作，浮子开关量分为3个子信号：过高报警水位（44.5m）、启工作泵水位（43.2m）、停工作泵水位（38.5m）。为避免由于水位传感器、PLC部分等故障导致检修排水失去控制，优化后的检修排水系统除引入远方上位机启停排水泵功能外，还在检修排水控制盘柜内的硬接线回路中，引入浮子开关量实现对检修排水泵的启停控制。

（2）功能设计：如图10所示，在深井泵控制回路中设置启动工作泵浮子（K1）、超高水位启动浮子（K2）接点实现检修排水泵启动命令的开出。当PLC故障后无法根据内部定值控制检修排水泵启停，此时检修集水井水位随着机组检修排水逐渐上涨，当水位先后达到43.2m和44.5m时将触发浮子接点工作水位启泵以及超高报警水位启泵。其中排水泵电磁阀控制KA18的常开节点5-9和常闭节点4-12设置保证了PLC功能故障退出情况下润滑水投入功能的正常实现。

在信号接线回路中去除原有的共用停泵浮子信号支路，引入PLC故障K3接点，实现PLC回路与硬接线回路停泵浮子信号的分离，如图11所示，从而降低因PLC功能故障导致停泵失败的可能性。

图10 检修排水泵控制回路图

图11 停泵浮子信号接线优化

5 结语

巨型电站黑启动电源电站排水系统根据现场实际运行情况，结合历史运行数据对检修排水控制系统进行优化设计，遵循“性能可靠、安全高效、维护方便、简单经济”的电气设计原则[1]，构建了PLC回路与硬接线回路对检修排水系统的冗余控制，该控制理念的实现不单有效减轻了运维人员的工作强度，极大程度上为运行人员处置隔离故障争取了时间，也为电厂的智能化建设和“无人值班，少人值守”运行模式[2]提供技术保障与支撑。